新一代鈉離子NFPP體系儲能項目示范電站
近日，上海璞鈉能源科技有限公司作為牽頭單位，揭榜2024年度上海市未來產(chǎn)業(yè)試驗場“揭榜掛帥”新型儲能領(lǐng)域項目，將開展“新一代鈉離子NFPP體系儲能電站”的開發(fā)研制，并將于2025年完成全球首座鈉離子NFPP電站的示范運行，隨即開啟“更安全、超寬溫、高倍率放電”新型儲能站的商業(yè)化運營。
“儲能系統(tǒng)的安全性在雙碳達標、化石能源轉(zhuǎn)型的大背景下，日益受到社會各界及國家行業(yè)主管機構(gòu)的重視。電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)路線的選擇，既要考慮在原料可獲取的安全性和成本方面具備長期的優(yōu)勢，又要能解決長期使用條件下的本征安全性。這對于全球儲能產(chǎn)業(yè)來說都是極具挑戰(zhàn)的課題。”NFPP儲能電站項目的牽頭單位上海璞鈉能源科技有限公司首席科學(xué)家、復(fù)旦大學(xué)教授夏永姚如是說。
高安全、長壽命和低成本的新型電化學(xué)儲能技術(shù)急需突破和快速產(chǎn)業(yè)化
新型儲能，尤其是電化學(xué)儲能，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，也是我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和“雙碳目標”的重要支撐。NFPP儲能系統(tǒng)的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，既符合國家“碳達峰”、“碳中和”重大戰(zhàn)略目標的需求，有效加快新能源開發(fā)進程，同時又幫助減輕我國能源消費對煤炭石油天然氣等不可再生能源的嚴重依賴，有利于從源頭減少二氧化碳等溫室氣體排放，助力國家加快實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”戰(zhàn)略目標。
儲能市場的蓬勃發(fā)展，根據(jù)電化學(xué)儲能應(yīng)用場景大致可以分為三個部分：電表前端 (FTM) 公用事業(yè)規(guī)模安裝尤其是發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)；用戶側(cè) (BTM) 商業(yè)和工業(yè)裝置；和BTM住宅裝置。
跨國知名咨詢公司麥肯錫預(yù)計：公用事業(yè)規(guī)模的電化學(xué)儲能(已占新增年產(chǎn)能的大部分)將在未來六年中每年都保持增長29% 左右，是三個細分市場中增長最快的。2030年，電池儲能系統(tǒng)的市場容量可能會增加5倍。到2030 年，公用事業(yè)規(guī)模的年度裝機容量將達到 450 至 620 吉瓦時(GWh)，公用事業(yè)規(guī)模的電化學(xué)儲能將占據(jù)當年總市場的90%，全球電化學(xué)儲能全部市場需求將達到700GWh,1200億至1500 億美元，或1萬億人民幣左右。
儲能全部市場需求巨大，對于儲能系統(tǒng)的高安全、長壽命和低成本提出了巨大的挑戰(zhàn)。目前主流的電化學(xué)的新型儲能技術(shù)，多采用成熟的鋰電體系。從三元鋰電到磷酸鐵鋰，技術(shù)不斷迭代，生產(chǎn)工藝也得到迅速的提升。但鋰離子儲能站在全球應(yīng)用過程中，時不時發(fā)生的爆燃事件，也不斷地向日益熱烈擁抱新能源轉(zhuǎn)型的大眾提出了巨大的問號：“人類在現(xiàn)有儲備的技術(shù)路線，還有沒有更安全、更低成本和方便使用的儲能電站了呢？”
當前電化學(xué)儲能的技術(shù)路線主要為鋰離子電池，但受制于鋰元素儲量及地理分布的不足，鋰離子電池原材料價格大幅波動，2022原材料碳酸鋰年較2020年前價格最高增長10倍左右，一度達到50萬/噸。據(jù)USGS和中國地礦局數(shù)據(jù)，全球鋰礦高度集中于玻利維亞、智利、阿根廷和澳大利亞，上述國家鋰資源儲量占全球70%以上。我國鋰資源儲量占全球不到7%，且由于開采難度大，成本高，下游需求大，鋰資源供應(yīng)進口依賴度較高。
鈉元素資源非常豐富且分布均勻易獲得，沒有資源“卡脖子”問題。鈉離子電池相對于鋰離子電池還具有低成本的特點。相對于鋰離子電池，鈉離子電池體積和重量能量密度較低，鈉離子電池在短路情況下瞬時發(fā)熱量少，溫升較低，熱失控溫度也低于鋰電池，因此在安全測試中表現(xiàn)優(yōu)秀。鈉電池經(jīng)過過充過放、短路、針刺、擠壓等嚴格測試，都能做到不起火、不爆炸，更加安全可靠。鈉離子電池受極端環(huán)境影響較弱，尤其在低溫環(huán)境下性能穩(wěn)定，適合在寒冷地區(qū)使用。
長期看鈉離子電池勢必會成為今后新型儲能的重要方向
鈉離子電池的發(fā)展對于緩解鋰資源短缺、降低對國外資源的依賴、促進科技進步和降低能源成本等方面也具有重要意義。隨著技術(shù)的進步和成本的降低，鈉離子電池的商業(yè)化應(yīng)用前景廣闊，對電動車市場、儲能市場和電力行業(yè)等多個領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生深遠影響。
目前，鈉離子電池已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化階段，技術(shù)路線的不同主要區(qū)別于正極材料的不同，而其他的材料、輔材及電池的工藝則基本相同。目前正極材料典型的技術(shù)路線有五種：而上海璞鈉能源科技有限公司則采用復(fù)合磷酸鐵鈉-硬炭，相較于其他四種技術(shù)路線，在安全性、循環(huán)壽命、超寬溫及放電倍率上擁有明顯的優(yōu)勢和性能。
數(shù)據(jù)分析顯示，在儲能應(yīng)用場景下，循環(huán)壽命對儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟性有重大影響，其他還包括充放電效率和充放電深度。顯然，循環(huán)壽命對電化學(xué)儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟性影響最大。璞鈉的復(fù)合磷酸鐵鈉技術(shù)路線在循環(huán)壽命上將達到或超越磷酸鐵鋰，而安全性上比鋰電擁有顯著的提升和保障；而80%的放電深度條件下6000-10000次以上的循環(huán)壽命，90以上的充放電效率也是遙遙領(lǐng)先其他技術(shù)路線。璞鈉的復(fù)合磷酸鐵鈉技術(shù)和市場目前主流的磷酸鐵鋰相比較，在直接原材料成本(BOM)和制造成本上，都有明顯的優(yōu)勢。另外，NFPP體系電站的超高放電倍率，對于未來電站在汽車進行快充的場景下，也具備極大的優(yōu)勢。
另外，NFPP儲能電站，可在零下45攝氏度到60攝氏度環(huán)境下正常工作，而現(xiàn)有的儲能電站在低溫環(huán)境下使用，需耗費其本身的電量進行加熱；而在高溫環(huán)境下，傳統(tǒng)電站的放電效能也明顯降低或工作異常。
鈉離子NFPP新型儲能面臨的挑戰(zhàn)
在地方政府、投資方的信心注入下，處于起步期的璞鈉將走上NFPP正極材料的產(chǎn)能擴張之路，百噸級產(chǎn)線建成后市場高度認可，產(chǎn)品供不應(yīng)求。但璞鈉能源首席科學(xué)家夏永姚教授的態(tài)度是進取而不失穩(wěn)健，“產(chǎn)能的擴張也存在兩難的矛盾，如果達不到一定規(guī)模的產(chǎn)量，那么下游訂單可能不會優(yōu)先考慮我們。如果建立新產(chǎn)線后，但面臨沒有足夠的市場需求，也會帶來新的問題。因此，平衡產(chǎn)能也是一個關(guān)鍵點”，璞鈉選擇穩(wěn)健的發(fā)展路徑，既能讓自身可持續(xù)運轉(zhuǎn)，又不至于帶來過重資金壓力的方案，“在有銷量預(yù)期的前提下，我們的產(chǎn)能建設(shè)是一次規(guī)劃，分步實施。第一步是在年底之前先建立一萬噸正極材料的產(chǎn)能，不會盲目一次把產(chǎn)能做得太大，在一萬噸正極材料等產(chǎn)能利用率達到預(yù)期后，璞鈉才會考慮進行下一輪產(chǎn)能建設(shè)�！�
NFPP正極材料的產(chǎn)能擴張并不只是一個數(shù)字的決定，這個決策反映著璞鈉團隊對未來應(yīng)用場景的分析。其中，儲能是增長潛力最大的未來應(yīng)用場景，在儲能方面，鈉離子電池擁有原料儲量及成本、低溫性能和安全性高等三方面優(yōu)勢；夏永姚認為，“鈉電和鋰電將是長期共存的狀態(tài)”，兩個產(chǎn)業(yè)形成互補共存，而鈉離子電池在市場中能占據(jù)多少份額，則取決于產(chǎn)品的性價比，尤其在于成本的控制，而如前所述，基于較低的原料成本，從長期來看有充足信心，在實現(xiàn)量產(chǎn)后，理論上鈉離子電池的成本將比鋰離子電池低接近30%左右，從而實現(xiàn)市場份額上的擴張。但在目前鋰電儲能體系的價格處于市場低谷，對于NFPP儲能系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化運營形成了階段性的挑戰(zhàn)與壓力。
只有凸顯NFPP的獨特性能，才能形成與鋰電的差異化競爭與性能互補的關(guān)系。
璞鈉與璞鈉股東之一——上海機場集團的合作，“我們的產(chǎn)品在機場的應(yīng)用場景主要有兩個方面”，其一是機場內(nèi)的公共交通，比如乘客擺渡車、地勤工作用車等，“這些交通工具對于續(xù)航里程可能并沒有很高的要求，但對低溫下的性能肯定有要求”，這就和璞鈉的聚陰離子-復(fù)合磷酸鐵鈉技術(shù)路線的特點相當契合。其二是一些特定位置的機場可能會采用風(fēng)能、太陽能等發(fā)電形式，且機場也是能源消耗重地，有比較大的潛在儲能需求，“很可能成為未來雙方合作的增長點”。璞鈉的另一個股東申能集團本身就是一個能源企業(yè)，而中國有巨大的儲能市場需求，綠色能源體系是未來能源發(fā)展的必然趨勢。復(fù)旦大學(xué)作為項目的參與方之一，同負責(zé)儲能系統(tǒng)集成及能源智慧管理任務(wù)的樂創(chuàng)能源公司一起，為NFPP儲能站的開發(fā)提供了強大的學(xué)術(shù)和運營能力的支撐。
上海璞鈉能源牽頭開發(fā)的NFPP儲能電站項目，通過將鈉離子在上海試點區(qū)域進行首次慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻示范應(yīng)用，通過合建或改建方式整合為電源側(cè)獨立新型儲能電站，接入電網(wǎng)并由電網(wǎng)直接調(diào)度，可提高儲能利用效率和新能源消納能力，并有效提升新能源電場電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，加快新能源并網(wǎng)，提高全國可再生能源開發(fā)利用水平，提升新能源(太陽能、風(fēng)能等)在我國能源利用中的占比，對解決我國能源短缺問題提供重要支撐。
鈉離子NFPP電池實際應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化前景廣闊，可以有效降低電化學(xué)儲能成本，提升新能源利用的經(jīng)濟價值，也將大大提升儲能電站長期使用的安全水平。因此建立聚陰離子正極鈉離子電池儲能電站十分迫切和必要，此項也是填補全球范圍內(nèi)鈉電聚陰離子NFPP儲能站的行業(yè)空白，示范效應(yīng)明顯。(來源：上海經(jīng)信委)
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編輯：達利敏
